内燃机、用于操作其的方法及用于执行该方法的控制装置的制造方法

文档序号:10508147阅读:409来源:国知局
内燃机、用于操作其的方法及用于执行该方法的控制装置的制造方法
【专利摘要】一种内燃机(10),带有多个汽缸(11)、包括高压涡轮(13a)和高压压缩机(16a)的第一排出气体涡轮增压器(14a)、包括低压涡轮(13b)和低压压缩机(16b)的第二排出气体涡轮增压器(14b),以及定位在高压涡轮(13a)与低压涡轮(13b)之间的SCR催化转化器(17),经由其离开高压涡轮(13a)的排出气体在低压涡轮(13b)上游传导,其中低压压缩机(16b)分配有动力输入装置(21),经由其低压压缩机(16b)可特别是在经由低压涡轮(13b)的在SCR催化转化器(17)处的较大排出气体温度下降引起不再可提供为了向内燃机(10)的汽缸(11)供应期望量的填充空气所需的足量的能量时被驱动。
【专利说明】
内燃机、用于操作其的方法及用于执行该方法的控制装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的内燃机。此外,本发明涉及一种根据权利要求7的前序部分的用于操作内燃机的方法以及用于执行该方法的控制装置。
【背景技术】
[0002]带有多级排出气体增压的内燃机从实践中彻底获知。因此,带有多级排出气体增压的内燃机包括多个汽缸和多个排出气体涡轮增压器,其中在排出气体涡轮增压器的涡轮中,离开内燃机的排出气体膨胀,且其中排出气体涡轮增压器的涡轮中获得的能量用于排出气体涡轮增压器的压缩机,以便压缩将给送至内燃机的汽缸的填充空气。在带有高压排出气体涡轮增压器和低压排出气体涡轮增压器的内燃机的情况中,离开内燃机的排出气体首先在高压排出气体涡轮增压器的高压涡轮中膨胀,且随后为了进一步膨胀,经由低压排出气体涡轮增压器的低压涡轮传送。使用在低压涡轮增压器的低压涡轮获得的能量以便首先在低压排出气体涡轮增压器的低压中压缩给送至内燃机的汽缸的填充空气,其中离开低压压缩机的已经压缩的填充空气在高压排出气体涡轮增压器的高压压缩机中进一步压缩,即,使用高压排出气体涡轮增压器的高压涡轮中的能量。在此情况中,所谓的填充空气冷却器各自可定位在低压压缩机下游和高压压缩机上游,所谓的填充空气冷却器各自可在此情况下定位。
[0003]此外,从实践中还已知的是将SCR催化转化器定位在高压排出气体涡轮增压器的高压涡轮与低压排出气体涡轮增压器的低压涡轮之间的增压内燃机中,使得在高压排出气体涡轮增压器的高压涡轮中膨胀的排出气体首先经由SCR催化转化器传导,且仅在此后经由低压排出气体涡轮增压器的低压涡轮。存在于高压涡轮下游和低压涡轮上游的温度和压力特别有利于SCR催化转化器中的排出气体后处理。
[0004]此SCR催化转化器具有较高的热容,使得特别是在内燃机启动之后或在其负载跳跃期间,用于加热SCR催化转化器的排出气体的相对更多的热能失去,使得较大的排出气体温度梯度因此可经由SCR催化转化器形成。这可导致低压排出气体涡轮增压器的低压涡轮不再能够提供低压排出气体涡轮增压器的低压压缩机中为了最终向内燃机的汽缸供应期望的填充空气量所需的足量能量。由此,内燃机的所谓负载冲击能力在内燃机的冷启动期间或在负载跳跃期间特别受限。
[0005]因此,需要一种内燃机、用于操作其的方法,以及执行该方法的控制装置,通过该方法,可改善内燃机的负载冲击能力。从此出发,本发明基于创造出新型内燃机、操作其的方法和执行该方法的控制装置的目的。

【发明内容】

[0006]该目的通过根据权利要求1的内燃机来解决。根据本发明,低压压缩机分配有动力输入装置,经由其低压压缩机可特别是在SCR催化转化器处的较大的排出气体温度下降引起不可经由低压涡轮提供向内燃机的汽缸供应期望的填充空气量所需的足量的能量时被驱动。通过低压压缩机处的动力输入装置,低压压缩机处的该能量下降可特别是在SCR催化转化器处的过大排出气体温度下降引起不再在低压涡轮处获得驱动低压压缩机所需的足量能量时偏移。甚至在经由SCR催化转化器的过大排出气体温度下降引起可在低压涡轮处获得的能量因此很低时,低压压缩机可以以一种方式经由动力输入装置驱动,使得最终内燃机的汽缸可供有期望的填充空气量。由此,可特别在内燃机的冷启动期间或在负载跳跃期间确保良好的负载冲击能力。
[0007]根据另一个有利发展方案,第一温度传感器布置在高压涡轮下游和SCR催化转化器上游,其中第二温度传感器布置在SCR催化转化器下游和低压涡轮的上游,且其中控制装置取决于在第一温度传感器处测得的排出气体温度和在第二温度传感器处测得的排出气体温度之间的温差自动地确定且自动地调整在动力输入装置处提供的能量的量来驱动低压压缩机。就该有利的进一步发展方案而言,动力输入装置的自动操作是可能的,以便自动偏移不可再经由动力输入装置在低压涡轮处获得的能量的下降。
[0008]根据另一个有利的发展方案,高压涡轮分配有动力输出装置,经由动力输出装置,用于驱动低压压缩机的能量可从高压涡轮获得,其中经由高压涡轮上的动力输出装置获得的该能量可用于驱动动力输入装置,且因此低压压缩机。内燃机的特别经济的操作由此是可能的。操作高压压缩机不需要的高压涡轮处获得的多余能量因此可用于驱动动力输入装置,且因此用于驱动低压压缩机。
[0009]根据本发明的用于操作内燃机的方法在专利权利要求7中限定。用于执行该方法的控制装置在权利要求1O中限定。
【附图说明】
[0010]本发明的优选的其它发展方案从从属权利要求和从以下描述中获得。本发明的示例性实施例借助于附图来更详细地阐释,而不限于此。附图示出了:
图1是根据本发明的第一内燃机的图表;
图2是根据本发明的第二内燃机的图表;以及图3是根据本发明的第三内燃机的图表。
[0011]零件列表 10内燃机
11汽缸
12排出气体
13a尚压祸轮
13b低压涡轮
14a排出气体涡轮增压器
14b排出气体涡轮增压器
15填充空气
16a尚压压缩机
16b低压压缩机
17 SCR催化转化器
18温度传感器 19温度传感器 20控制装置 21动力输入装置 22废气门 23旁路
24动力输出装置 25能量储存单元。
【具体实施方式】
[0012]本发明涉及内燃机、用于操作此内燃机的方法,以及用于执行方法的控制装置。
[0013]图1示出了带有多个汽缸11的根据本发明的第一内燃机10的图表。内燃机10具体为以重燃料油操作的船用柴油机。
[0014]离开内燃机11的汽缸的排出气体12首先经由第一排出气体涡轮增压器14a的高压涡轮13a传导,以便在高压涡轮13a中的排出气体12的该膨胀期间获得能量,其用于驱动第一排出气体涡轮增压器14a的高压压缩机16a。
[0015]高压涡轮13a中膨胀的排出气体12经由第二排出气体涡轮增压器14b的低压涡轮13b在高压涡轮13a的上游传导,以便在低压涡轮13b中进一步膨胀,且以便使用过程中获得的能量来用于驱动第二排出气体涡轮增压器14b的低压压缩机16b。
[0016]因此,将给送至内燃机10的汽缸11的填充空气15首先在第二排出气体涡轮增压器14b的低压压缩机16b中压缩,且随后在第一排出气体涡轮增压器14a的高压压缩机16a中压缩,以便随后将其给送至内燃机10的汽缸11。尽管未示出,但有可能的是填充空气冷却器各自定位在低压压缩机16b下游和高压压缩机16a的上游。
[0017]SCR催化转化器17定位在高压涡轮13a下游和低压涡轮13b上游,其中在低压涡轮13b中膨胀之前,高压涡轮13a中膨胀的排出气体经历排出气体清洁。在高压涡轮13a下游和低压涡轮13b上游存在的温度和压力对于SCR催化转化器17中的排出气体后处理特别有利。
[0018]SCR催化转化器17具有相对高的热容。出于此原因,排出气体12的热能用于加热SCR催化转化器17,其中该热能然后将不再在低压涡轮13b的区域中有效,且不再用于驱动低压压缩机16b。出于此原因,问题可根据现有技术发生,由于经由SCR催化转化器17的过大温度下降,故足量的能量不再可在低压涡轮16b中获得,其实际上在低压压缩机16b上需要,以便向内燃机1的汽缸11供应足够的填充空气。
[0019]根据本发明,低压压缩机16b分配动力输入装置(PTI)21。通过动力输入装置21,低压压缩机16b可被驱动,S卩,特别是在SCR催化转化器17处的较大排出气体温度下降引起不再可经由低压涡轮13b提供本来为了向内燃机的汽缸11供应期望量的填充空气所需的足量的能量时。因此,低压涡轮13b处的动力下降可经由动力输入装置21偏移,其中低压压缩机16b经由动力输入装置21驱动。
[0020]本发明的版本是特别有利的,其中第一温度传感器18布置在高压涡轮13a下游和SCR催化转化器17上游,且第二温度传感器19布置在SCR催化转化器17下游和低压涡轮13a上游,其中取决于经由温度传感器18,19检测到的排出气体温度之间的温差,控制装置20自动地确定动力输入装置21处提供的能量的量来驱动低压压缩机16b,且以一种方式触动动力输入装置21,使得其在低压压缩机16b处自动地提供该能量。
[0021 ]在此情况下,由经由SCR催化转化器17的排出气体温度的下降引起的低压涡轮13b上的动力下降可经由动力输入装置21自动地偏移。
[0022]例如,图1的动力输入装置21可为电动机,如已经所述那样,电动机由控制装置20取决于经由SCR催化转化器17的温度下降自动地触动和操作。
[0023]此外,图1示出了定位在至高压涡轮23的旁路中的废气门阀22,经由其,特别是在内燃机以满载操作时,例如,排出气体可传导经过高压涡轮13a。此废气门阀从现有技术中彻底获知。
[0024]图1的示例性实施例的另一个发展方案在图2中示出,其中在图2中,高压涡轮13a分配动力输出装置(PT0)24。通过动力输出装置24,能量可从高压涡轮13a获得,其然后用于动力输入装置21的区域中,以便驱动低压压缩机16b。特别是在例如满载操作期间内燃机10的排出气体量大到足以在高压涡轮13a处生成比驱动高压压缩机16a所需的更大能量时,这是可能的。
[0025]在此情况下,废气门阀22将根据现有技术打开,以便将排出气体经由旁路23传导经过高压涡轮13a。然而,该多余能量可经由动力输出装置24获得,且用于驱动分配给低压压缩机16b的动力输入装置21。
[0026]在该过程中,有可能的是,在高压涡轮18a的区域中的动力输出装置24处获得的能量直接地用于动力输入装置21的区域中,以便驱动低压压缩机16b。因此,动力输出装置24可为电机,其在发电机模式中生成电能,电能然后直接用于设计为电动机的动力输入装置21的区域中,以便驱动低压压缩机16b,即,取决于经由SCR催化转化器17的温度下降。
[0027]如果例如在静止操作模式中,SCR催化转化器17已经加热且足量的能量可获得来用于驱动低压压缩机16b,则还可提供分配给高压涡轮13a的动力输出装置24在发电机模式中生成电能,其然后用于填充电能储存单元25(见图3),以便随后使用其来用于驱动动力输入装置21,且因此低压压缩机16b。
[0028]应指出的是,动力输出装置24还可机械地联接到动力输入装置21上。
[0029]在此情况下,轴然后例如在高压涡轮13a的动力输出装置24与低压压缩机16b的动力输入装置21之间延伸,其可分配给可解除接合的离合器,其中离合器可由控制装置20取决于经由SCR催化转化器17的温度下降自动地开启或关闭,以便由此确定是否经由高压涡轮13a的区域中的动力输出装置24获得用于驱动动力输入装置21且因此用于驱动低压压缩机16b的能量。
[0030]特别地在高压涡轮13a分配给动力输出装置24时,带有废气门阀22的旁路也可如图3中清楚那样完全省去,S卩,特别地在高压涡轮13a的区域中生成比高压压缩机16a的区域中所需的更多的能量时,能量经由动力输出装置24连续地获得,以便例如填充电能储存单元25ο
[0031]因此,本发明的目的在于将动力输入装置21分配给低压压缩机16b。特别地在不足的排出气体能量引起不可在低压涡轮13b的区域中获得足够能量以便适合地驱动低压压缩机16b时,这可经由动力输入装置21偏移,以便将低压压缩机16b加速至足够的转速,且最终将内燃机1的汽缸11供应足够的填充空气。由此,内燃机1的所谓负载冲击能力可改善。
[0032]动力输入装置21的操作优选自动地控制或调节,S卩,取决于沿SCR催化转化器17发生的排出气体温度下降。为此,温度传感器18,19各自定位在SCR催化转化器17上游和其下游,借助于其,最终可检测到沿SCR催化转化器17的温度下降。取决于该温度下降,动力输入装置21自动地操作,以便操作经历沿SCR催化转化器17偏移排出气体能量损失的低压压缩机。温度下降且因此沿SCR催化转化器17的能量损失越大,则越多能量给送至动力输入装置21,且因此至低压压缩机16b,以便向内燃机10的汽缸11供应足量的填充空气。
[0033]特别地在静止操作模式中不再发生沿SCR催化转化器17的可引起注意的排出气体温度下降时,动力输入装置21可经由控制装置20自动地关闭,从那时起,用于驱动低压压缩机16b的足量能量可在低压涡轮13b的区域中获得。
[0034]此外,本发明涉及用于执行上文所述的方法来操作内燃机的控制装置20,其中控制装置20包括用于执行该方法的手段。这些手段具体是软件手段和硬件手段。硬件手段包括界面,以便与涉及执行根据本发明的方法的组件交换数据。此外,硬件手段是用于处理数据的处理器和用于数据储存的储存单元。软件手段是用于执行根据本发明的方法的程序模块。
[0035]尽管在所述实施例中主要参照了SCR催化转化器,但本方法不限于此。其还可结合其它构件使用,诸如颗粒过滤器、CO氧化、CH2O氧化或CH4氧化催化转化器。
【主权项】
1.一种内燃机(10),带有多个汽缸(11)、包括高压涡轮(13a)和高压压缩机(16a)的第一排出气体涡轮增压器(14a)、包括低压涡轮(13b)和低压压缩机(16b)的第二排出气体涡轮增压器(14b),以及定位在所述高压涡轮(13a)与所述低压涡轮(13b)之间的用于排出气体后处理的至少一个装置,诸如颗粒过滤器、CO氧化、CH2O氧化或CH4氧化催化转化器或SCR催化转化器(17),经由其离开所述高压涡轮(13a)的所述排出气体在所述低压涡轮(13b)上游传导,其特征在于,所述低压压缩机(16b)分配有动力输入装置(21),经由其所述低压压缩机(16b)然后可在经由所述低压涡轮(13b)的所述SCR催化转化器(17)处的相对大的排出气体温度下降引起不再可提供为了向所述内燃机的所述汽缸(11)供应期望量的填充空气所需的足量能量时被驱动。2.根据权利要求1所述的内燃机,其特征在于,第一温度传感器(18)布置在所述高压涡轮(13a)下游和诸如颗粒过滤器、CO氧化、CH2O氧化或CH4氧化催化转化器或所述SCR催化转化器(17)的用于排出气体后处理的所述装置上游,在于第二温度传感器(19)布置在所述SCR催化转化器(17)下游和所述低压涡轮(13a)上游,以及在于控制装置(20),其取决于在所述第一温度传感器(18)和在所述第二温度传感器(19)处测得的所述排出气体温度之间的温差来自动地确定和自动地调整在所述动力输入装置(21)处提供的用于驱动所述低压压缩机(16b)的能量的量。3.根据权利要求1或2所述的内燃机,其特征在于,所述高压涡轮(13a)分配有动力输出装置(24),经由所述动力输出装置(24)在所述高压涡轮(13a)处可获得能量来用于驱动所述低压压缩机(16b)。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的内燃机,其特征在于,所述动力输入装置(21)由电动机提供。5.根据权利要求3和4所述的内燃机,其特征在于,所述动力输出装置(24)由电机提供,其特别是在所述高压涡轮(13a)提供比操作所述高压压缩机(16a)所需的更多的能量时,在发电机模式中将多余能量转换成电能,其中所述电能特别是在不可经由所述低压涡轮(13b)提供足量能量以便向所述内燃机的所述汽缸(11)供应期望量的填充空气时,可直接地用于驱动所述动力输入装置(21)且因此所述低压压缩机(16b),且其中所述电能特别是在可经由所述低压涡轮(13b)提供足量的能量以便向所述内燃机的所述汽缸(11)供应期望量的填充空气时,可用于对填充电能储存单元且随后驱动所述动力输入装置(21)且因此所述低压压缩机(16b),且/或用于操作未分配至所述动力输入装置的另一个消耗物。6.根据权利要求3或4所述的内燃机,其特征在于,所述动力输出装置(24)机械地联接至所述动力输入装置(21)。7.—种用于操作内燃机(10)的方法,所述内燃机(10)带有多个汽缸(11)、包括高压涡轮(13a)和高压压缩机(16a)的第一排出气体涡轮增压器(14a)、包括低压涡轮(13b)和低压压缩机(16)的第二排出气体涡轮增压器(14b),以及定位在所述高压涡轮(13a)与所述低压涡轮(13b)之间的用于排出气体后处理的装置,诸如颗粒过滤器、CO氧化、CH2O氧化或CH4氧化催化转化器或SCR催化转化器(17),经由其离开所述高压涡轮(13a)的所述排出气体在所述低压涡轮(13b)上游传导,其特征在于,所述低压压缩机(16b)分配有动力输入装置(21),经由其所述低压压缩机(16b)特别是在经由所述低压涡轮(13b)的所述SCR催化转化器(17)处的相对大的排出气体温度下降引起未提供为了向所述内燃机的所述汽缸(11)供应期望量的填充空气所需的足量的能量时经由动力输入装置被驱动。8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,利用定位在所述高压涡轮(13a)下游和用于排出气体后处理的所述装置(17)上游的第一温度传感器(18)和定位在所述SCR催化转化器(17)下游和所述低压涡轮(13a)上游的第二温度传感器(19)确定排出气体温度,以及在于取决于在所述第一温度传感器(18)和第二温度传感器(19)处的所述排出气体温度之间的温差,自动地确定和自动地调整用于驱动所述低压压缩机(16b)的在所述动力输入装置(21)处提供的能量的量。9.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,在所述高压涡轮(13a)处,用于驱动所述动力输入装置(21)的能量经由动力输出装置(24)获得。10.—种内燃机(10)的控制装置(20),其特征在于,用于执行根据权利要求7至9中的任一项所述的方法的手段。
【文档编号】F02B41/10GK105863820SQ201610081559
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月5日
【发明人】A.德林, J.迈尔
【申请人】曼柴油机和涡轮机欧洲股份公司
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